Респирасома: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Строка 69: Строка 69:
К наиболее распространенным суперкомплексам относятся комплекс I/III, комплекс I/III/IV и комплекс III/IV. Большинство молекул [[Сукцинатдегидрогеназа|комплекса II]] как в растительных так и в животных митохондриях находится в свободно виде. [[АТФ-синтаза]] тоже может мигрировать вместе с другими суперкомплексами в виде димера, но едва ли она входит в их состав<ref name="VartakPorras2013"/>.
К наиболее распространенным суперкомплексам относятся комплекс I/III, комплекс I/III/IV и комплекс III/IV. Большинство молекул [[Сукцинатдегидрогеназа|комплекса II]] как в растительных так и в животных митохондриях находится в свободно виде. [[АТФ-синтаза]] тоже может мигрировать вместе с другими суперкомплексами в виде димера, но едва ли она входит в их состав<ref name="VartakPorras2013"/>.


Образование суперкомплекса является по-видимому динамическим процессом. Дыхательные комплексы могут чередовать участие в респирасомах и существование в свободном состоянии. Не известно, что запускает процесс организации дыхательных ферментов в суперкомплексы, но исследования показали, что их формирование во многом зависит от [[Липиды|липидного]] состава митохондриальных мембран, и в частности требует наличия [[Кардиолипин|кардиолипина]]<ref name="Zhang2002">{{cite journal|authot=Zhang, M.|title=Gluing the Respiratory Chain Together. CARDIOLIPIN IS REQUIRED FOR SUPERCOMPLEX FORMATION IN THE INNER MITOCHONDRIAL MEMBRANE|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=277|issue=46|year=2002|pages=43553–43556|issn=00219258|doi=10.1074/jbc.C200551200}}</ref>. В дрожжевых митохондриях содержание кардиолипина понижено, а число обнаруженных респирасом было значительно ниже, чем у других организмов<ref name="Zhang2002"/><ref name="Zhang2005">{{cite journal|author=Zhang M.|title=Cardiolipin Is Essential for Organization of Complexes III and IV into a Supercomplex in Intact Yeast Mitochondria|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=280|issue=33|year=2005|pages=29403–29408|issn=0021-9258|doi=10.1074/jbc.M504955200}}</ref>. Согласно Венц и соавт. (2009), кардиолипин стабилизирует образование респирасом, [[Нейтрализация|нейтрализуя]] заряды остатков [[лизин]]<nowiki/>а в процессе взаимодействии [[Домен белка|домена]] [[Цитохром-bc1-комплекс|комплекса III]] и комплекса IV. В 2012 году, Базан и соавт. удалось ''in vitro'' получить [[Тример|тримерные]] и [[Гетеротетрамер|тетрамерные суперкомплексы]]  состава III2IV1 и III2IV2 из очищенных комплексов III и IV  ''[[Saccharomyces cerevisiae|Saccharomyces Сerevisiae]]'', добавляя к ним  [[липосомы]] с кардиолипином<ref name="BazanMileykovskaya2012"><cite class="citation journal" contenteditable="false">Bazan, S.; Mileykovskaya, E.; Mallampalli, V. K. P. S.; Heacock, P.; Sparagna, G. C.; Dowhan, W. (2012). </cite></ref>.
Образование суперкомплекса является по-видимому динамическим процессом. Дыхательные комплексы могут чередовать участие в респирасомах и существование в свободном состоянии. Не известно, что запускает процесс организации дыхательных ферментов в суперкомплексы, но исследования показали, что их формирование во многом зависит от [[Липиды|липидного]] состава митохондриальных мембран, и в частности требует наличия [[Кардиолипин|кардиолипина]]<ref name="Zhang2002">{{cite journal|authot=Zhang, M.|title=Gluing the Respiratory Chain Together. CARDIOLIPIN IS REQUIRED FOR SUPERCOMPLEX FORMATION IN THE INNER MITOCHONDRIAL MEMBRANE|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=277|issue=46|year=2002|pages=43553–43556|issn=00219258|doi=10.1074/jbc.C200551200}}</ref>. В дрожжевых митохондриях содержание кардиолипина понижено, а число обнаруженных респирасом было значительно ниже, чем у других организмов<ref name="Zhang2002"/><ref name="Zhang2005">{{cite journal|author=Zhang M.|title=Cardiolipin Is Essential for Organization of Complexes III and IV into a Supercomplex in Intact Yeast Mitochondria|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=280|issue=33|year=2005|pages=29403–29408|issn=0021-9258|doi=10.1074/jbc.M504955200}}</ref>. Согласно Венц и соавт. (2009), кардиолипин стабилизирует образование респирасом, [[Нейтрализация|нейтрализуя]] заряды остатков [[лизин]]а в процессе взаимодействии [[Домен белка|домена]] [[Цитохром-bc1-комплекс|комплекса III]] и комплекса IV<ref name="WenzHielscher2009">{{cite journal|author=Wenz Tina, Hielscher Ruth, Hellwig Petra,Schägger Hermann, Richers Sebastian, Hunte Carola.|title=Role of phospholipids in respiratory cytochrome bc1 complex catalysis and supercomplex formation|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics|volume=1787|issue=6|year=2009|pages=609–616|issn=00052728|doi=10.1016/j.bbabio.2009.02.012}}</ref>. В 2012 году, Базан и соавт. удалось ''in vitro'' получить [[Тример|тримерные]] и [[Гетеротетрамер|тетрамерные суперкомплексы]] состава III2IV1 и III2IV2 из очищенных комплексов III и IV ''[[Saccharomyces cerevisiae|Saccharomyces Сerevisiae]]'', добавляя к ним [[липосомы]] с кардиолипином<ref name="BazanMileykovskaya2012">{{cite journal|author=Bazan, S.; Mileykovskaya, E.; Mallampalli, V. K. P. S.; Heacock, P.; Sparagna, G. C.; Dowhan, W.|title=Cardiolipin-dependent Reconstitution of Respiratory Supercomplexes from Purified Saccharomyces cerevisiae Complexes III and IV|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=288|issue=1|year=2012|pages=401–411|issn=0021-9258|doi=10.1074/jbc.M112.425876}}</ref>.


Другая гипотеза заключается в том, что риспирасомы  могу образовываться под воздействием [[Мембранный потенциал|мембранного потенциала]], который приводит к изменениям в [[Электростатика|электростатических]]/[[Гидрофобность|гидрофобных]] взаимодействиях, что и опосредует сборку/разборку суперкомплексов.
Другая гипотеза заключается в том, что риспирасомы могу образовываться под воздействием [[Мембранный потенциал|мембранного потенциала]], который приводит к изменениям в [[Электростатика|электростатических]]/[[Гидрофобность|гидрофобных]] взаимодействиях, что и опосредует сборку/разборку суперкомплексов<ref name="LenazGenova2012">{{cite journal|author=Lenaz Giorgio, Genova Maria Luisa|title=Supramolecular Organisation of the Mitochondrial Respiratory Chain: A New Challenge for the Mechanism and Control of Oxidative Phosphorylation|volume=748|year=2012|pages=107–144|issn=0065-2598|doi=10.1007/978-1-4614-3573-0_5}}</ref>.


== Функции ==
== Функции ==

Версия от 15:58, 21 ноября 2015

Файл:Respirasome Dudkina 2011.gif
Суперкомплекс I/III/IV. Комплекс I показан жёлтым, комплекс III — зелёным, а комплекс IV — фиолетовым. Рисунки A, B, и E показывают боковой вид комплексов, расположенных в мембране. Горизонтальная линия на рисунке E показывает обозначает мембраны. На рисунке D даётся вид из межмебранного пространства. C и F дают вид из матрикса.

Современные биологические исследования выявили убедительные доказательства того, что митохондриальные ферменты дыхательной цепи переноса электронов собраны в более крупные, супрамолекулярные структуры, называемые респирасомы, что кардинально отличается от стандартной теории о свободно плавающих во внутренней мембране митохондрий дискретных ферментах. Эти суперкомплексы функционально активны и необходимы для стабильной работы дыхательных комплексов[1]

Респирасомы были обнаружены у разных видов и в разных тканях, включая мозг крыс[2], печень[2], почки[2], скелетные мышцы[2][3], сердце[2], бычье сердце[4], кожные фибробласты человека[5], грибы[6], растения[7][8] и С. elegans[9].

История

В 1955 году, биологи Бриттон Ченс и Г. Р. Вильямс впервые выдвинули идею, что дыхательные ферменты собираются в более крупные комплексы[10], хотя свободно-жидкостная модель организации дыхательной всё ещё оставалась основной и считалась стандартной. Однако, уже в 1985 году, исследователи приступили к выделению суперкомплекса комплексов III/IV из бактерий[11][12][13] и дрожжей[14][15]. Наконец, в 2000 году Герман Шеггер и Кэти Пфайффер, используя гель-электрофорез с кумасси, изолировали бычьи митохондриальные мембранных протеинов, показав, что комплекс I, III и IV образуют суперкомплекс[16].

Состав и образование

К наиболее распространенным суперкомплексам относятся комплекс I/III, комплекс I/III/IV и комплекс III/IV. Большинство молекул комплекса II как в растительных так и в животных митохондриях находится в свободно виде. АТФ-синтаза тоже может мигрировать вместе с другими суперкомплексами в виде димера, но едва ли она входит в их состав[1].

Образование суперкомплекса является по-видимому динамическим процессом. Дыхательные комплексы могут чередовать участие в респирасомах и существование в свободном состоянии. Не известно, что запускает процесс организации дыхательных ферментов в суперкомплексы, но исследования показали, что их формирование во многом зависит от липидного состава митохондриальных мембран, и в частности требует наличия кардиолипина[17]. В дрожжевых митохондриях содержание кардиолипина понижено, а число обнаруженных респирасом было значительно ниже, чем у других организмов[17][18]. Согласно Венц и соавт. (2009), кардиолипин стабилизирует образование респирасом, нейтрализуя заряды остатков лизина в процессе взаимодействии домена комплекса III и комплекса IV[19]. В 2012 году, Базан и соавт. удалось in vitro получить тримерные и тетрамерные суперкомплексы состава III2IV1 и III2IV2 из очищенных комплексов III и IV Saccharomyces Сerevisiae, добавляя к ним липосомы с кардиолипином[20].

Другая гипотеза заключается в том, что риспирасомы могу образовываться под воздействием мембранного потенциала, который приводит к изменениям в электростатических/гидрофобных взаимодействиях, что и опосредует сборку/разборку суперкомплексов[21].

Функции

Функциональное назначение респирасом не совсем понятно но недавние исследования проливают свет на их предназначение. Была выдвинута гипотеза, что организация дыхательных ферментов в суперкомплексы сокращает окислительные повреждения и повышает эффективность обмена веществ. Шефер с соавт. (2006) продемонстрировали, что у суперкомплексов в составе которых есть комплекс IV, активность комплексов I и III была выше. Это указывает на то, что комплекс IV неким образом изменяет конформацию других комплексов что приводит к повышению их каталитической активности[22]. Постепенно стали накапливаться доказательства, что,что присутствие респирасом необходимо для стабильности и функции комплекса I. В 2013, Lapuente-Брун и соавт. продемонстрировали, что сборка суперкомплексов "динамически организует потоко электронов, чтобы оптимизировать использование имеющихся субстратов"[23].

Примечания

  1. ↑ 1 2 Vartak, Rasika; Porras, Christina Ann-Marie; Bai, Yidong (2013). "Respiratory supercomplexes: structure, function and assembly". Protein & Cell. 4 (8): 582—590. doi:10.1007/s13238-013-3032-y. ISSN 1674-800X.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Reifschneider, Nicole H.; Goto, Sataro; Nakamoto, Hideko; Takahashi, Ryoya; Sugawa, Michiru; Dencher, Norbert A.; Krause, Frank (2006). "Defining the Mitochondrial Proteomes from Five Rat Organs in a Physiologically Significant Context Using 2D Blue-Native/SDS-PAGE". Journal of Proteome Research. 5 (5): 1117—1132. doi:10.1021/pr0504440. ISSN 1535-3893.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  3. ↑ Lombardi, A.; Silvestri, E.; Cioffi, F.; Senese, R.; Lanni, A.; Goglia, F.; de Lange, P.; Moreno, M. (2009). "Defining the transcriptomic and proteomic profiles of rat ageing skeletal muscle by the use of a cDNA array, 2D- and Blue native-PAGE approach". Journal of Proteomics. 72 (4): 708—721. doi:10.1016/j.jprot.2009.02.007. ISSN 1874-3919.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  4. ↑ Schäfer, Eva; Dencher, Norbert A.; Vonck, Janet; Parcej, David N. . (2007). "Three-Dimensional Structure of the Respiratory Chain Supercomplex I1III2IV1from Bovine Heart Mitochondria†,‡". Biochemistry. 46 (44): 12579—12585. doi:10.1021/bi700983h. ISSN 0006-2960.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  5. ↑ Rodríguez-Hernández, Ángeles; Cordero, Mario D.; Salviati, Leonardo; Artuch, Rafael; Pineda, Mercé; Briones, Paz; Gómez Izquierdo, Lourdes; Cotán, David; Navas, Plácido; Sánchez-Alcázar, José A. (2009). "Coenzyme Q deficiency triggers mitochondria degradation by mitophagy". Autophagy. 5 (1): 19—33. doi:10.4161/auto.5.1.7174. ISSN 1554-8627.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  6. ↑ Krause, F. (2006). "OXPHOS Supercomplexes: Respiration and Life-Span Control in the Aging Model Podospora anserina". Annals of the New York Academy of Sciences. 1067 (1): 106—115. doi:10.1196/annals.1354.013. ISSN 0077-8923.
  7. ↑ Eubel, Holger; Heinemeyer, Jesco; Sunderhaus, Stephanie; Braun, Hans-Peter (2004). "Respiratory chain supercomplexes in plant mitochondria". Plant Physiology and Biochemistry. 42 (12): 937—942. doi:10.1016/j.plaphy.2004.09.010. ISSN 0981-9428.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  8. ↑ Sunderhaus, Stephanie; Klodmann, Jennifer; Lenz, Christof; Braun, Hans-Peter (2010). "Supramolecular structure of the OXPHOS system in highly thermogenic tissue of Arum maculatum". Plant Physiology and Biochemistry. 48 (4): 265—272. doi:10.1016/j.plaphy.2010.01.010. ISSN 0981-9428.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  9. ↑ Suthammarak, Wichit; Somerlot, Benjamin H.; Opheim, Elyce; Sedensky, Margaret; Morgan, Philip G. (2013). "Novel interactions between mitochondrial superoxide dismutases and the electron transport chain". Aging Cell. 12 (6): 1132—1140. doi:10.1111/acel.12144. ISSN 1474-9718.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  10. ↑ Chance, Britton; Williams, G. R. (1955). "A Method for the Localization of Sites for Oxidative Phosphorylation". Nature. 176 (4475): 250—254. doi:10.1038/176250a0. ISSN 0028-0836.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  11. ↑ E. A. Berry & B. L. Trumpower (February 1985). "Isolation of ubiquinol oxidase from Paracoccus denitrificans and resolution into cytochrome bc1 and cytochrome c-aa3 complexes". The Journal of biological chemistry. 260 (4): 2458—2467. PMID 2982819.
  12. ↑ T. Iwasaki, K. Matsuura & T. Oshima (December 1995). "Resolution of the aerobic respiratory system of the thermoacidophilic archaeon, Sulfolobus sp. strain 7. I. The archaeal terminal oxidase supercomplex is a functional fusion of respiratory complexes III and IV with no c-type cytochromes". The Journal of biological chemistry. 270 (52): 30881—30892. doi:10.1074/jbc.270.52.30881. PMID 8537342.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  13. ↑ N. Sone, M. Sekimachi & E. Kutoh (November 1987). "Identification and properties of a quinol oxidase super-complex composed of a bc1 complex and cytochrome oxidase in the thermophilic bacterium PS3". The Journal of biological chemistry. 262 (32): 15386—15391. PMID 2824457.
  14. ↑ H. Boumans, L. A. Grivell & J. A. Berden (February 1998). "The respiratory chain in yeast behaves as a single functional unit". The Journal of biological chemistry. 273 (9): 4872—4877. doi:10.1074/jbc.273.9.4872. PMID 9478928.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  15. ↑ C. Bruel, R. Brasseur & B. L. Trumpower (February 1996). "Subunit 8 of the Saccharomyces cerevisiae cytochrome bc1 complex interacts with succinate-ubiquinone reductase complex". Journal of bioenergetics and biomembranes. 28 (1): 59—68. doi:10.1007/bf02109904. PMID 8786239.
  16. ↑ H. Schagger & K. Pfeiffer (April 2000). "Supercomplexes in the respiratory chains of yeast and mammalian mitochondria". The EMBO journal. 19 (8): 1777—1783. doi:10.1093/emboj/19.8.1777. PMC 302020. PMID 10775262.
  17. ↑ 1 2 "Gluing the Respiratory Chain Together. CARDIOLIPIN IS REQUIRED FOR SUPERCOMPLEX FORMATION IN THE INNER MITOCHONDRIAL MEMBRANE". Journal of Biological Chemistry. 277 (46): 43553—43556. 2002. doi:10.1074/jbc.C200551200. ISSN 0021-9258. {{cite journal}}: Неизвестный параметр |authot= игнорируется (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  18. ↑ Zhang M. (2005). "Cardiolipin Is Essential for Organization of Complexes III and IV into a Supercomplex in Intact Yeast Mitochondria". Journal of Biological Chemistry. 280 (33): 29403—29408. doi:10.1074/jbc.M504955200. ISSN 0021-9258.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  19. ↑ Wenz Tina, Hielscher Ruth, Hellwig Petra,Schägger Hermann, Richers Sebastian, Hunte Carola. (2009). "Role of phospholipids in respiratory cytochrome bc1 complex catalysis and supercomplex formation". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1787 (6): 609—616. doi:10.1016/j.bbabio.2009.02.012. ISSN 0005-2728.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  20. ↑ Bazan, S.; Mileykovskaya, E.; Mallampalli, V. K. P. S.; Heacock, P.; Sparagna, G. C.; Dowhan, W. (2012). "Cardiolipin-dependent Reconstitution of Respiratory Supercomplexes from Purified Saccharomyces cerevisiae Complexes III and IV". Journal of Biological Chemistry. 288 (1): 401—411. doi:10.1074/jbc.M112.425876. ISSN 0021-9258.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  21. ↑ Lenaz Giorgio, Genova Maria Luisa (2012). "Supramolecular Organisation of the Mitochondrial Respiratory Chain: A New Challenge for the Mechanism and Control of Oxidative Phosphorylation". 748: 107—144. doi:10.1007/978-1-4614-3573-0_5. ISSN 0065-2598. {{cite journal}}: Cite journal требует |journal= (справка)
  22. ↑ Schafer, E. (2006).
  23. ↑ Lapuente-Brun, E.; Moreno-Loshuertos, R.; Acin-Perez, R.; Latorre-Pellicer, A.; Colas, C.; Balsa, E.; Perales-Clemente, E.; Quiros, P. M.; Calvo, E.; Rodriguez-Hernandez, M. A.; Navas, P.; Cruz, R.; Carracedo, A.; Lopez-Otin, C.; Perez-Martos, A.; Fernandez-Silva, P.; Fernandez-Vizarra, E.; Enriquez, J. A. (2013).
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Респирасома&oldid=74656605